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Semana Temática: Nuevas fuentes de agua:
Reutilización y desalación
Eje temático: Reutilización y desalación
“Aspectos energéticos de la desalación”
M. Fariñas, Director de Tecnología e I+D+i
Ramón Rubial, 2 48950 Erandio (Vizcaya)
Contenido de la ponencia
• Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía
• Influencia del pretratamiento
• Influencia de las membranas
• Consumo específico total
• La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía
• Conclusiones
Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía
• Temperatura del agua de mar
• Grado de complejidad del pretratamiento
• Conversión de trabajo
• Eficiencia de los sistemas de bombeo
• Recuperación de la energía del rechazo
• Permeabilidad y paso de sales de las membranas
• Pérdidas y varios
• Impulsión del agua producida
Temperatura del agua de mar
En las grandes desalinizadoras la captación del agua de mar suele ser superficial
Mar Mediterráneo 10 – 25 ºC
Golfo Pérsico 20 – 40 ºC
Estudio sobre la influencia de la
temperatura del agua de mar
10 – 40 ºC
Grado de complejidad del pretratamiento
Cuanto mas contaminada esté el agua de mar tanto mas complejo será el pretratamiento
Grado de complejidad
Proceso
Convencional Avanzado
A lto Coagulación – Floculación
Flotación Doble filtración
Coagulación – Floculación Flotación
Micro/Ultrafiltración
Medio Coagulación – Floculación
Doble filtración Coagulación – Floculación Micro/Ultrafiltración
Bajo Coagulación – Floculación
Simple filtración Coagulación – Floculación Micro/Ultrafiltración
Cuanto más complejo sea el pretratamiento, mayor será la presión requerida para atravesar sus distintas etapas
y por tanto el consumo específico de energía
Conversión de trabajo
Cuanto mayor sea la conversión mayor será la presión de entrada a las membranas y menor el caudal del pretratamiento
Incremento del consumo en las membranas
Aumento de la Conversión
Descenso del consumo en el pretratamiento
Estudio sobre la influencia de la conversión de trabajo
25 – 55 %
Eficiencia de los sistemas de bombeo
Cuanto mayor sea la eficiencia de los bombeos menor será el consumo de energía y viceversa
Para calcular la energía perdida por la
ineficiencia del bombeo se resta de la
energía total consumida la calculada
suponiendo un rendimiento de motores,
variadores, bombas … etc del 100%
Recuperación de la energía del rechazo
Esquema de la recuperación de la energía del rechazo mediante intercambiadores de presión
Permeabilidad y paso de sales de las membranas
Flujos de permeado y de sales
Ja = A ( P π)
Js = Ja . Cp = B(CmCp) + M . JaCm = B . C + M . JaCm
r1 C
C p
p
m −==
J BΔC C = s
= + MC pJa A(ΔP − Δπ )
m
Permeabilidad y paso de sales de las membranas
Apartados en los que se divide la energía consumida en las membranas
• La consumida “en la desalinización”
Debida a la presión requerida por las
membranas
• Pérdidas de carga
Debida a las pérdidas de carga en tuberías, válvulas e interior de las membranas
• Ineficiencia de los bombeos
Debida a la falta de rendimiento de los equipos de bombeo y de recuperación de energía
Pérdidas y varios
• Transformadores, cuadros y cables eléctricos disipan cierta cantidad de energía
• Los distintos recintos de la desalinizadora hay que iluminarlos por la noche
• La sala de control suele requerir aire acondicionado … etc.
Contenido de la ponencia
• Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía
• Influencia del pretratamiento
• Influencia de las membranas
• Consumo específico total
• La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía
• Conclusiones
Consumo específico de energía en el pretratamiento
Un solo paso; conversión 45%; salinidad 39 º/oo; intercambiadores de presión
Grado de complejidad
Proceso Requerido por el proceso
Por la ineficiencia de los bombeos
Consumo específico total
Alto Convencional 0,48 0,15 0,63
Avanzado 0,42 0,13 0,55
Medio Convencional 0,41 0,12 0,53
Avanzado 0,35 0,10 0,45
Bajo Convencional 0,29 0,07 0,36
Avanzado 0,29 0,08 0,37
A medida que el grado de complejidad del pretratamiento disminuye, no sólo se reduce la energía requerida por el proceso sino también el consumo debido a la ineficiencia de los bombeos
Consumo específico de energía en el pretratamiento
El consumo específico de energía en el pretratamiento disminuye al aumentar la conversión de trabajo. La diferencia energética entre un pretratamiento convencional y otro avanzado, dentro de un mismo grado de complejidad, se acorta a medida que aumenta la conversión de trabajo.
Consumo específico de energía en el pretratamiento
.Cuando el pretratamiento requerido es sencillo, no tiene ningún sentido instalar un proceso avanzado. .En los pretratamientos complejos o de complejidad media, la instalación de un sistema avanzado permite reducir ligeramente el consumo energía.
específico de
Consumo específico de energía en el pretratamiento
La instalación de una flotación supone incrementar el consumo específico de energía en 0,1 kWh/m³. El consumo específico de energía es menor cuanto mas simple sea el pretratamiento. El ahorro de energía puede suponer del orden de 0,27 kWh/m3 con una conversión del 45% y de 0,30 kWh/m3 con conversiones del 40%.
Contenido de la ponencia
• Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía
• Influencia del pretratamiento
• Influencia de las membranas
• Consumo específico total
• La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía
• Conclusiones
Influencia de las membranas en el consumo energético
El consumo específico de energía debido a la desalinización propiamente dicha crece cuando aumenta la conversión o cuando disminuye la temperatura del agua de mar. El consumo debido a las pérdidas de carga es prácticamente independiente de la temperatura y disminuye al aumentar la conversión.
Influencia de las membranas en el consumo energético
El consumo específico debido a la ineficiencia del bombeo a alta presión disminuye muy ligeramente al aumentar la temperatura y aumenta también muy ligeramente al incrementar la conversión. El aumento de 5 ºC en la temperatura del agua de mar supone como media reducir en 0,1 kWh/m³ el consumo específico de energía.
Contenido de la ponencia
• Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía
• Influencia del pretratamiento
• Influencia de las membranas
• Consumo específico total
• La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía
• Conclusiones
Consumo específico total
Al instalar intercambiadores de presión para recuperar la energía existente en la salmuera de rechazo, los mínimos consumos específicos de energía, para los pretratamientos con un grado de complejidad alto y medio, se producen con conversiones del orden del 40%.
Consumo específico total
La diferencia de consumos energéticos entre un pretratamiento convencional con un grado de complejidad alto y otro con un grado de complejidad bajo es de 0,32 kWh/m³ con cualquier temperatura en el agua de mar. Con un pretratamiento sencillo y una conversión del 35 – 40%, el consumo específico de energía es del orden de 3,04 kWh/m³ a 15 ºC y de 2,80 kWh/m³ a 35 ºC.
Contenido de la ponencia
• Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía
• Influencia del pretratamiento
• Influencia de las membranas
• Consumo específico total
• La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía
• Conclusiones
La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía
Membranas que exige el mercado
• Membranas resistentes al cloro libre
• Membranas más resistentes al ensuciamiento
• Un módulo distinto, que se pueda lavar
fácilmente
• Membranas más eficientes, que trabajen a
presiones más bajas y que consuman menos
energía
• Membranas con mayor rechazo de ciertos iones,
como cloruros, bromuros y boro
• Membranas con mayor rechazo de compuestos
orgánicos de bajo peso molecular
Membranas de capa fina nanocompuesta
La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía
La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía
Nanotubos de carbono
Los tubos hidrófilos dejarían pasar fácilmente el agua
La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía
Nanotubos de zeolita
Los tubos hidrófilos dejarían pasar fácilmente el agua y su alta carga rechazaría los iones y todas aquellas moléculas con carga eléctrica
Conclusiones generales
. La sustitución de las turbinas Pelton por intercambiadores de presión ha desplazado el punto de mínimo consumo específico de energía hacia conversiones del orden del 40%.
. El consumo específico de energía es menor cuanto más simple sea el pretratamiento. Conviene por tanto recurrir a captaciones de agua de mar que simplifiquen el pretratamiento.
. El consumo específico de energía se reduce a medida que aumenta la temperatura del agua de mar. Interesa, consecuentemente, recuperar todos los calores residuales disponibles, máxime si la naturaleza de las membranas impide la aparición de desarrollos biológicos sobre su superficie
. A cinco años vista, se podría alcanzar un consumo específico de energía, para el agua tratada puesta al pie de la desalinizadora del orden de los 2,65 kWh/m³.